TreeSet源码分析-java8

1.特点分析

• TreeSet是基于TreeMap的NavigableSet实现,所以要想理解好TreeSet，必须研究TreeMap。
• TreeMap对其的实现中，key作为存储set中元素的位置，而value始终都是一个static final常量。
• 时间复杂度为:log(n)的方法：add(),remove(),contains()
• 非线程安全集合
• 支持浅拷贝、序列化

• 4个公有构造器

  • TreeSet()

  • TreeSet(Comparator comparator)

  • TreeSet(Collection c)

  • TreeSet(SortedSet s)

• java8新增方法1个：分割器spliterator()

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2.源码分析

package sourcecode.analysis;

import java.lang.*;
import java.util.*;
import java.util.AbstractSet;
import java.util.Set;

/**
 * @Author: cxh
 * @CreateTime: 18/3/21 21:29
 * @ProjectName: JavaBaseTest
 */


/**
 * TreeSet是基于TreeMap的NavigableSet实现
 * 实例化时,如果不提供比较器,则元素存储顺序为:自然排序;
 * 如果提供比较器,则按照比较器的规则排序.
 *
 * TreeSet在add(),remove(),contains()这3个方法中,时间复杂度为:log(n).
 *
 * 请注意，Set维护的顺序必须与equals等同(无论是否提供比较器),只要Set正确实现了Set接口.
 * 这是因为Set接口就equals做过定义,但是TreeSet实例使用它自己的comppareTo()方法对元素排序,
 * 因此通过这个方法被认为equals的两个元素是从Set对equals的定义出发的.
 * 即使排序与equals不一致，Set的行为也是明确定义的;它只是没有遵守Set接口的总体规则。
 *
 * 注意,这一实现并不是线程同步的.
 * 如果多个线程并发访问一个treeset,并且至少有一个线程更改了treeset的结构,则必须采取
 * 额外的同步措施.这通常是通过在一些自然封装集合的对象上进行同步来完成的.
 * 如果没有这样的对象存在,则set应该使用Collections#synchronizedSortedSet 或者
 * Collections.synchronizedSortedSet来进行包装.而这一包装操作最好在实例被创建的
 * 时候就完成,以防止一些非同步的行为.格式如下:
 * SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));
 *
 * 由TreeSet得到的迭代器支持fail-fast功能.
 *
 * 注意:迭代器的fail-fast功能是不能保证的,一般来说,在任何非同步的并发修改中,都不能
 * 给出明确保证.迭代器只是尽可能的抛出异常.
 *
 * TreeSet类是java集合框架中的一员.
 *
 * @see     Collection
 * @see     Set
 * @see     HashSet
 * @see     java.lang.Comparable
 * @see     Comparator
 * @see     TreeMap
 * @since   1.2
 *
 * 支持排序,浅拷贝,序列化.
 */

public class TreeSet extends AbstractSet
        implements NavigableSet, Cloneable, java.io.Serializable
{
    /**
     * 底层map
     * 维护一个NavigableMap型变量，NavigableMap是TreeMap的接口
     * 序列化时,值被置为null
     */
    private transient NavigableMap m;

    // PRESENT定义为静态常量，用来填充map的value
    private static final Object PRESENT = new Object();

    //包级私有构造器:根据指定参数m创建TreeSet的底层map
    TreeSet(NavigableMap m) {
        this.m = m;
    }

    /**
     * 构造一个新的,空的treeset,元素按自然排序.
     * 插入set中的所有元素必须实现Comparable接口.
     * 进一步讲,在set中的任何两个元素e1,e2在进行e1.compareTo(e2)相互比较时,都不能
     * 抛出类型安全异常ClassCastException.
     * 如果用户想要插入一个和规定冲突的元素(比如向set集合中插入Integer对象),
     * 则add方法会抛出异常ClassCastException.
     */
    //公有构造器,调用上一个构造器方法,这里可以看出底层map为treemap.
    public TreeSet() {
        this(new TreeMap());
    }

    /**
     * 构造一个新的,空的treeset,元素存储顺序和传入比较器一致.
     * 所有被插入这个set的元素都应该可以使用这个比较器,
     * 即在进行comparator.compare(e1,e2)的比较时,不能抛出类型安全异常
     * ClassCastException.如果用户尝试添加一个和此约束冲突的元素,则add()方法的
     * 调用者会抛出类型安全异常.
     * 如果传入比较器为null,则使用自然排序.
     */
    public TreeSet(Comparator comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

    /**
     * 构造一个新的但包含指定集合元素的treeset,元素顺序为自然排序.
     * 插入set的所有元素必须实现Comparable接口.
     */
    public TreeSet(Collection c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    //创建一个新的,元素和给定参数的一致,并且排序和给定的有序set一致.
    public TreeSet(SortedSet s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

    //迭代器,此处便可以发现,虽然底层用的是map,但是只是用了map的key对set的元素进行存储.
    //因为这里返回的是keyset的迭代器.
    public Iterator iterator() {
        return m.navigableKeySet().iterator();
    }

    //返回一个元素降序的迭代器.
    public Iterator descendingIterator() {
        return m.descendingKeySet().iterator();
    }

    public NavigableSet descendingSet() {
        return new TreeSet<>(m.descendingMap());
    }

    //返回底层treemap的size
    public int size() {
        return m.size();
    }

    //根据底层treemap,判定是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return m.isEmpty();
    }

    //根据底层treemap,判定是否包含o对象.
    public boolean contains(Object o) {
        return m.containsKey(o);
    }

    /**
     * 调用底层的treemap,进行插入操作.
     * m.put(e,PRESENT),表示任何插入操作,key对应的value都是静态常量PRESETN,
     * 也就是底层map利用key对treeset的元素进行保存.
     */
    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }


    //调用底层treemap的remove方法,删除元素.
    public boolean remove(Object o) {
        return m.remove(o)==PRESENT;
    }

    //调用底层treemap的方法清空set中的元素
    public void clear() {
        m.clear();
    }

    //方法时间复杂度:线性
    public  boolean addAll(Collection c) {
        /**如果
         * 1.底层Map没有存储元素
         * 2.参数中包含元素
         * 3.参数类型为SortedSet
         * 4.底层map类型为TreeMap
         */
        if (m.size()==0 && c.size() > 0 &&
                c instanceof SortedSet &&
                m instanceof TreeMap) {
            //类型转化
            SortedSet set = (SortedSet) c;
            TreeMap map = (TreeMap) m;
            //获取参数集合c的比较器.
            Comparator cc = set.comparator();
            //获取底层treemap的比较器.
            Comparator mc = map.comparator();
            //如果两个比较器等价,则进行插入操作;否则不插入.
            if (cc==mc || (cc != null && cc.equals(mc))) {
                map.addAllForTreeSet(set, PRESENT);
                return true;
            }
        }
        //调用AbstractCollection方法
        return super.addAll(c);
    }

    //根据key值范围,截取set.调用的是NavigableSet的方法
    public NavigableSet subSet(E fromElement, boolean fromInclusive,
                                  E toElement,   boolean toInclusive) {
        return new TreeSet<>(m.subMap(fromElement, fromInclusive,
                toElement,   toInclusive));
    }

    //返回视图中所有元素的值:<=toElement
    public NavigableSet headSet(E toElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.headMap(toElement, inclusive));
    }

   //返回视图中所有元素的值:>=toElement
    public NavigableSet tailSet(E fromElement, boolean inclusive) {
        return new TreeSet<>(m.tailMap(fromElement, inclusive));
    }

    //参数为true,则包含等于;否则不包含等于.
    //因此本方中,返回key的范围为:[fromElement,toElement)
    public SortedSet subSet(E fromElement, E toElement) {
        return subSet(fromElement, true, toElement, false);
    }

    //返回key的范围:[,toElement)
    public SortedSet headSet(E toElement) {
        return headSet(toElement, false);
    }

    /**
     * @throws ClassCastException {@inheritDoc}
     * @throws NullPointerException if {@code fromElement} is null
     *         and this set uses natural ordering, or its comparator does
     *         not permit null elements
     * @throws IllegalArgumentException {@inheritDoc}
     */
    //返回key范围:[,fromElement]
    public SortedSet tailSet(E fromElement) {
        return tailSet(fromElement, true);
    }

    //获取底层treemap的比较器.
    public Comparator comparator() {
        return m.comparator();
    }

    //获取第一个key
    public E first() {
        return m.firstKey();
    }

    //获取最后一个key
    public E last() {
        return m.lastKey();
    }


    /*--------NavigableSet的API方法---------*/
    //返回比e小且和e的差最小的key
    public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e);
    }

    //返回<=e的最大key
    public E floor(E e) {
        return m.floorKey(e);
    }

   //返回>=e的最小key
    public E ceiling(E e) {
        return m.ceilingKey(e);
    }

    //返回>e的最小值
    public E higher(E e) {
        return m.higherKey(e);
    }

    //返回最小key;如果底层map为空,则返回null
    public E pollFirst() {
        Map.Entry e = m.pollFirstEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

   //返回最大key;如果底层map为空,则返回null
    public E pollLast() {
        Map.Entry e = m.pollLastEntry();
        return (e == null) ? null : e.getKey();
    }

    //返回treeset的浅拷贝(元素本身不会被拷贝)
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Object clone() {
        TreeSet clone;
        try {
            clone = (TreeSet) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError(e);
        }

        //
        clone.m = new TreeMap<>(m);
        return clone;
    }

    //序列化时,将treeset实例的状态写入到流中.
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
            throws java.io.IOException {

        //写入隐藏信息
        s.defaultWriteObject();

        //写入比较器
        s.writeObject(m.comparator());

        //写入size
        s.writeInt(m.size());

        //按序写入所有key
        for (E e : m.keySet())
            s.writeObject(e);
    }


    //从读入流重构TreeSet
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
            throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {

        //读入隐藏信息
        s.defaultReadObject();

        //读入比较器
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Comparator c = (Comparator) s.readObject();

        //创建底层TreeMap
        TreeMap tm = new TreeMap<>(c);
        m = tm;

        //读入size
        int size = s.readInt();
        //读入key,生成TreeMap
        tm.readTreeSet(size, s, PRESENT);
    }

    /**
     * 创建key的分割器
     * @since 1.8
     */
    public Spliterator spliterator() {
        return TreeMap.keySpliteratorFor(m);
    }

    //序列化uid
    private static final long serialVersionUID = -2479143000061671589L;
}

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